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はじめに：AI・HPCネットワーキングの新時代
現代のデータセンターは、計算の新時代を支える基盤となっています。大規模言語モデル（LLM）からエクサスケールの科学シミュレーションに至るまで、人工知能（AI）や高性能コンピューティング（HPC）のワークロードは、数千台規模のGPUやアクセラレータ間における、極めて高い拡張性、超低遅延、そしてデータ損失のない（ロスレスな）通信を必要としています。
しかし、従来のEthernetや、HPC向けインターコネクトの標準であるInfiniBandでさえ、設計上の限界を迎えつつあります。その結果生じるネットワークの輻輳や予測不能な遅延、そして非効率性は、クラスター全体の性能を低下させ、学習時間や推論のレスポンス、さらには運用コストにまで直接的な影響を及ぼしています。
そこで登場したのが Ultra Ethernet です。Ultra Ethernet Consortium（UEC）によって定義された次世代のオープンなネットワーク基盤であり、AI・HPCクラスのネットワークを支えるためにゼロから設計されています。Ultra Ethernet は、現代のデータセンターが求めるオープン性、相互運用性、そして高い拡張性を実現します。
現状の課題：従来型ネットワーキングの限界
AI・HPCワークロードが求める要件
AIクラスターおよびHPCシステムは、以下のような特有のネットワーク要件を持っています。
- GPUやアクセラレータ間の超低遅延通信
- Collective BroadcastやAllReduce処理におけるロスレス転送
- 超大規模環境における輻輳を考慮したフロー制御
- CPU負荷を軽減するための効率的なハードウェアオフロード
従来型ネットワークの制約
広く普及している従来のEthernetは、以下のような課題を抱えています。
- 輻輳時に発生するパケットロスおよび予測不能な遅延
- PFC（Priority Flow Control）への過度な依存によるヘッド・オブ・ライン・ブロッキングやデッドロック
- AI特有のCollective通信やトランスポートセマンティクスへの限定的な対応
- リアルタイム輻輳制御に必要な可視性やテレメトリの不足
また、InfiniBandは高性能である一方、クローズドなエコシステム、ベンダー依存、そして高コストという課題があり、限られたHPC環境以外での広範な普及を妨げています。
UltraEthernet：それは何か、そしてなぜ重要なのか
UltraEthernet は、AIおよびHPC（高性能コンピューティング）を大規模に支えるために再設計されたEthernetです。その中核となるのが Ultra Ethernet Transport（UET） であり、以下を実現するために設計された、階層化かつ最適化されたトランスポート抽象化レイヤーです。
- PFC（Priority Flow Control）に依存しないロスレスなスケーリング
- フローを認識したフォワーディング
- 輻輳フィードバックおよびテレメトリの標準内蔵
- ハードウェアによる再送ベースのロス回復
UETは、UET → SES → PDS → Payload といった階層化されたヘッダーで構成されるプロトコルスタックを導入しています。これにより、Ethernetとの互換性を維持しながら、より高度でインテリジェントなトランスポート機能を実現します。
Ultra Ethernet と従来ネットワーク基盤の比較
UltraEthernetは、Ethernetのオープン性とInfiniBandの高性能とのギャップを埋める存在です。主な特長は以下の通りです。
- オープンでマルチベンダー対応の相互運用性
- 標準的なデータセンター用光モジュールおよびケーブリングを活用した高いコスト効率
- 従来のEthernetには欠けていたAIネイティブなトランスポートセマンティクス
- プロプライエタリなファブリックに匹敵する競争力のある性能
要するに：
UltraEthernet ＝ Ethernet ＋ AI／HPCアクセラレーション ＋ ロスレススケーリング ＋ オープンエコシステム
この特性により、UltraEthernetは、AIワークロードを大規模に導入するクラウドプロバイダー、ハイパースケーラー、エンタープライズデータセンターにとっての次世代標準インターコネクトとして位置づけられています。
SmartNIC と UET：インテリジェンスをエッジへオフロード
UltraEthernet の真のポテンシャルを引き出すには、制御およびトランスポートのロジックをサーバーから プログラマブルな SmartNIC へオフロードすることが不可欠です。
なぜ SmartNIC が重要なのか
SmartNIC は、以下の機能を担う プログラマブルなオフロードエンジン として機能します。
- UET ヘッダーをラインレートで解析
- ステートフルな再送（リトライ）ロジックの維持
- 輻輳テレメトリ（ECN／INT）の挿入
- セッション状態およびリオーダーバッファの管理
- Libfabric との統合による DMA オフロード
- UET 上での RDMA ライクな GPU 間（GPU-to-GPU）通信の実現
FPGA ベースの SmartNIC：最適な選択肢
FPGA ベースの SmartNIC は、以下の特長により UET オフロード基盤として理想的なアーキテクチャを提供します。
- P4 プログラマブルなデータプレーン による柔軟なプロトコル解析
- オンボード Arm コア による制御プレーンロジックおよびステートフル処理エンジン
- 高帯域・低ジッター通信 と高度なテレメトリ機能
| UET 機能 | FPGA ベース SmartNIC における実現性 |
| UET ヘッダ解析 | ✅ P4 パイプライン |
| フローID／オペコード処理 | ✅ ステートフル マッチ／アクション |
| リトライ制御ロジック | ✅ ステートフル処理 + ARM オフロード |
| INT メタデータ挿入 | ✅ テレメトリブロック |
| パケットトリミング／再順序制御 | ✅ P4 + デパーサ |
| ホスト RAM + NIC メタデータ | 統合済み |
FPGA ベース SmartNIC による UET オフロードのメリット
- 再送、テレメトリ、フロー制御ロジックを NIC に移行することで CPU 負荷を大幅に削減
- PFC に依存しないロスレスな学習ネットワーク を実現
- FPGA ベース SmartNIC + VVDN を UET 対応 SmartNIC ソリューション として位置付け
- 従来の Broadcom 中心の NIC と差別化 された SmartNIC + VVDN スタックを提供
ビジネス価値：パフォーマンス・コスト・相互運用性
UltraEthernet は、以下の 3つの重要な側面 において、明確で測定可能な価値を提供します。
パフォーマンス
- 大規模環境でも マイクロ秒レベルの低遅延
- PFC の複雑性に依存しないロスレス通信
- AI トレーニングにおける コレクティブ通信性能の向上
- ハードウェアによる再送制御と輻輳フィードバックを備えた ラインレート転送
コスト
- 標準 Ethernet 光モジュールおよびケーブリング を使用可能
- 高価な プロプライエタリ・ファブリックを不要化
- インフラの複雑性を低減し、運用コスト（OPEX）を削減
- ネットワーク処理をオフロードすることで CPU リソースをアプリケーションに集中
相互運用性
- オープンなマルチベンダー・エコシステム
- 既存の Ethernet インフラとの高い互換性
- NIC、スイッチ、管理スタック全体にわたる 広範なサポート拡張ロードマップ
VVDN の役割
VVDN は、AI データセンター・ファブリックの アーキテクチャ進化 を深く理解しています。私たちの取り組みは以下を網羅しています。
- AI／HPC クラスのネットワーク設計および統合
- プログラマブル SmartNIC 向け UET オフロード開発
- FPGA ベース SmartNIC および Libfabric エコシステムとの UET 統合
- CUDA／OpenMPI に最適化された UET ファブリック上のトランスポート実装
VVDN は、高度なプロトコルオフロード、シリコン統合、データセンターネットワーキングにおける豊富な実績を有しており、UltraEthernet を大規模導入する OEM、ハイパースケーラー、データセンターサービスプロバイダーにとって理想的なパートナーです。
結論：これからの展望
UltraEthernet は、Ethernet のオープン性と AI／HPC の高性能要件を融合させる パラダイムシフト をもたらします。UET による ロスレス・スケーラブル・プログラマブルなネットワーク により、データセンターは予測可能なパフォーマンス、低い運用コスト、そしてマルチベンダーの柔軟性を備えた AI ワークロード基盤を実現できます。
今後、UltraEthernet の普及が進む中で、プログラマブルな FPGA ベース SmartNIC は、パフォーマンスとテレメトリをデータプレーンに取り込む中核的な役割を担います。VVDN のような戦略的パートナーとともに、企業はインフラを将来にわたって最適化し、AI／HPC ネットワーキングの可能性を最大限に引き出すことができます。
お問い合わせ：info@vvdntech.com
